專利名稱：一種基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種通過多頻點交流放法電實現(xiàn)蓄電池
檢測的裝置。
背景技術(shù)：
蓄電池作為電源系統(tǒng)的組成部分，起著儲備電能、應(yīng)付電網(wǎng)異常和特殊工況、維持 系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵作用，是需要高可靠電力保障領(lǐng)域的最后一道防線。蓄電池廣泛應(yīng)用 于電力、通信、政府機關(guān)、金融、證券、保險、廣播電視、交通運輸、制造、軍隊、教育、科研、公 共設(shè)施等行業(yè)領(lǐng)域。然而在實際應(yīng)用中，由于對蓄電池缺乏有效的檢測維護手段，從而不能 及時、準確地掌握蓄電池狀態(tài)，使得在電力供應(yīng)異?；蛑袛鄷r蓄電池不能正常投入工作、或 工作時間很短就失效，因而造成停電事故，產(chǎn)生很大的經(jīng)濟損失。 目前對蓄電池檢測技術(shù)有交流注入法和直流放電法兩種交流注入法是向蓄電池 注入一個固定頻率的激勵電流，同時測量蓄電池端電壓的變化，以此計算出蓄電池的內(nèi)阻； 直流放電法是在蓄電池上并聯(lián)一個負載，控制開關(guān)的通斷，使蓄電池向負載放出一個恒定 的的直流電流(大于70安培)，測量放電時刻和停止放電時刻蓄電池端電壓的變化，以此計 算出蓄電池的內(nèi)阻。 然而，交流注入法在檢測蓄電池時，由于注入電流較小，易受充電機交流紋波、閃 變的干擾，測量誤差大。此外，交流注入法只能在一個頻率下測量，測得的參數(shù)少，不能準確 反映蓄電池的狀態(tài)，并且測量結(jié)果和測量信號的頻率有關(guān)，并不是蓄電池的固有參數(shù)，不同 廠家的設(shè)備，測量結(jié)果完全不同。 直流放電法在檢測蓄電池時，由于采用非常大的電流，其放電電流往往超過蓄電 池的設(shè)計放電電流，所以測量過程會對蓄電池及連接線路帶來損害，是一種有損的測試方 法。此外，直流放電法在檢測蓄電池時，通常需要斷開蓄電池主回路，因此需要在主回路中 進行切換動作，如果設(shè)備出現(xiàn)故障，則會危害整個供電系統(tǒng)安全，而且一旦在測試過程中出 現(xiàn)停電事件，則會對備用電源的投切和保護造成影響。另外過大的放電電流可能對繼電保 護裝置產(chǎn)生干擾，造成誤動作，危及供電系統(tǒng)安全。直流放電法測量蓄電池內(nèi)阻時還會在電 池內(nèi)部電極發(fā)生極化現(xiàn)象，產(chǎn)生極化內(nèi)阻，造成內(nèi)阻測量值誤差很大。并且由于蓄電池本 身是一個大電容，測量回路也存在電容和電感，因而在整個放電過程中，特別在開始和結(jié)束 時，電路的暫態(tài)效應(yīng)非常明顯，這樣直流放電法在不同時刻采樣值的大小差別很大，造成測 量重復(fù)性差。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題在于，針對上述現(xiàn)有蓄電池檢測技術(shù)測量精度 差，安全性低的缺陷，提供一種能安全準確地測量蓄電池各參數(shù)的基于多頻點交流放電法 的蓄電池檢測裝置。 本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的方案是提供一種基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置，包括放電檢測回路、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、大功率MOS管、處理單元、第一運算放大
器、第二運算放大器、第一帶通濾波器、第二帶通濾波器、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及第二模數(shù)轉(zhuǎn) 換器，其中放電檢測回路的兩端分別連接在蓄電池組的正極和負極，大功率MOS管V通過其 源極和漏極串聯(lián)在所述放電檢測回路上，所述處理單元經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接到大功率MOS 管V的柵極，在放電檢測回路中還串接有分流器，所述第一運算放大器的輸入端連接到分 流器的兩端、輸出端經(jīng)由第一帶通濾波器及第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接到處理單元；第二運算放 大器輸入端連接到蓄電池的正極和負極、輸出端經(jīng)由第二帶通濾波器及第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器連 接到處理單元。 在本實用新型所述的基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置中，還包括第一耦
合電容，所述第一運算放大器的輸入端經(jīng)由第一耦合電容連接到分流器的兩端。 在本實用新型所述的基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置中，還包括第二耦
合電容，所述第二運算放大器的輸入端經(jīng)由第二耦合電容連接到蓄電池的正極和負極。 在本實用新型所述的基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置中，還包括多路開
關(guān)，所述蓄電池為蓄電池組，所述多路開關(guān)的輸入端連接到蓄電池組中每一節(jié)蓄電池的正
極和負極、輸出端連接到第二運算放大器的輸入端，處理單元的控制信號輸出端連接到所
述多路開關(guān)。 在本實用新型所述的基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置中，所述帶通濾波 器為可編程帶通濾波器，所述處理單元的控制信號輸出端連接到所述可編程帶通濾波器。 在本實用新型所述的基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置中，還包括用于檢 測蓄電池直流電壓的第三模數(shù)轉(zhuǎn)換器檢測通道。 在本實用新型所述的基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置中，還包括用于檢 測蓄電池溫度的第四模數(shù)轉(zhuǎn)換器檢測通道。 在本實用新型所述的基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置中，還包括連接到 所述處理單元的通信接口。 本實用新型的基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置具有以下有益效果采用 多頻點交流放電法對蓄電池進行檢測，測得的蓄電池的數(shù)據(jù)是實際的電阻、電容、電感等參 數(shù)，不依賴于檢測信號頻率而獨立存在，數(shù)據(jù)具有客觀性。此外，該裝置的測試準確，抗干擾 性強，可以應(yīng)用于存在較大交流紋波干擾的蓄電池在線監(jiān)測，并且蓄電池測試過程安全，不 會對蓄電池以及供電系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生影響。

下面將結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中 圖1是本實用新型的基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置實施例的示意圖； 圖2是圖1中放電檢測回路中放電電流波形圖； 圖3是蓄電池等效電路的電路圖。
具體實施方式如圖1所示，是本實用新型的基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置實施例的 示意圖。在本實施例中，該檢測裝置包括放電檢測回路、處理單元(ARM)、運算放大器、多路開關(guān)K、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)、大功率MOS管V、耦合電容、可編程帶通濾波器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/
D)。其中放電檢測回路的兩端分別連接在蓄電池組的正極和負極，大功率MOS管V通過其
源極和漏極串聯(lián)在蓄電池放電檢測回路上，處理單元經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接到大功率MOS管
V的柵極，在放電檢測回路中還串接有分流器，該分流器的兩端分別經(jīng)由一個第一耦合電容
Cl連接到第一運算放大器的輸入端，第一運算放大器經(jīng)由第一可編程帶通濾波器及第一模
數(shù)轉(zhuǎn)換器連接到處理單元。輸入端連接到蓄電池組中每一節(jié)蓄電正負極的多路開關(guān)K的輸
出端經(jīng)由第二耦合電容C2連接到第二運算放大器，第二運算放大器的輸出端經(jīng)由第二可
編程帶通濾波器及第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接到處理單元。處理單元的控制信號輸出端還分別連
接多路開關(guān)K、第一及第二可編程帶通濾波器、第一及第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器。 上述的耦合電容C1、C2可消除蓄電池工作回路中的直流分量。 為了檢測蓄電池的性能，需要測量蓄電池的內(nèi)阻、電容等電路參數(shù)，然后根據(jù)這些
參數(shù)，進一步計算出蓄電池容量及荷電量，即圖3所示的蓄電池等效電路中各個元件的值
(該圖3僅用于說明需測量的蓄電池的參數(shù)值，而非蓄電池的實際電路圖)。 在檢測上述蓄電池的參數(shù)時，處理單元經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器對大功率MOS管V進行控制，
以調(diào)節(jié)放電電流波形和頻率。放電檢測回路中的電流信號和電壓信號經(jīng)耦合電容去除直流
分量，并由運算放大器將信號放大，再經(jīng)可編程帶通濾波器去除干擾信號后送入模數(shù)轉(zhuǎn)換
器(A/D)變?yōu)閿?shù)字信號，然后再送入處理單元進行數(shù)字信號處理。處理單元再對上述數(shù)字
信號進行傅里葉變換求出相應(yīng)頻率下的電流及電壓信號的實部、虛部，再經(jīng)過數(shù)學(xué)運算即
可以得出相應(yīng)頻率下蓄電池的復(fù)阻抗。 處理單元可通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器(D/A)連接到大功率M0S管V的柵極，從而改變測量
信號頻率。相應(yīng)地，該處理單元通過調(diào)節(jié)可編程帶通濾波器以適應(yīng)不同檢測頻率下干擾信
號的處理。本實施例中，處理單元采用飛利浦公司ARM芯片LPC2468ARM。 在測量放電電流信號時，電流信號通過第一耦合電容Cl去除直流分量，將交流電
流信號送入第一運算放大器放大，經(jīng)第一可編程帶通濾波器去除干擾信號后送入第一數(shù)模
轉(zhuǎn)換器(A/D1)變?yōu)閿?shù)字信號。 在測量蓄電池端電壓信號交流分量時，電壓信號經(jīng)第二耦合電容C2去除直流分 量，將交流電壓信號送入第二運算放大器放大，經(jīng)第二帶通濾波器去除干擾信號后送入第 二數(shù)模轉(zhuǎn)換器(A/D2)變?yōu)閿?shù)字信號。 同時測量的交流電壓信號和交流電流信分別經(jīng)第一、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字
信號后號送入處理單元進行信號處理。處理單元首先進行數(shù)字濾波進一步去除干擾信號，
再進行傅里葉變換去除測量信號頻率以外的干擾信號并計算出相應(yīng)頻率下電流信號、電壓
信號的實部和虛部，接著再進行數(shù)學(xué)運算，計算出在相應(yīng)頻率下蓄電池的復(fù)阻抗。 處理單元可通過改變放電電流頻率，測得多個頻率下蓄電池的復(fù)阻抗。通過這些
復(fù)阻抗數(shù)據(jù)，根據(jù)所提出的蓄電池電路模型由處理單元進行數(shù)學(xué)運算，可以得到蓄電池的
內(nèi)阻、電容等電路參數(shù)。最后根據(jù)這些參數(shù)，進一步計算出蓄電池容量及荷電量。 當(dāng)蓄電池組中包括多節(jié)蓄電池時，所述基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝
置可由處理單元通過控制多路開關(guān)K順序檢測蓄電池組中1#蓄電池、2#蓄電池、3#蓄電
池……。即本實用新型的基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置不但可以對單節(jié)蓄電池
進行測量，還可以對蓄電池組中的每節(jié)蓄電池進行測量。當(dāng)然，如果只對單節(jié)蓄電池進行測量，可省略多路開關(guān)。 所述基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置由于采用第一及第二耦合電容C2 去除直流分量，并采用硬件方法(用可編程帶通濾波器)及軟件方法(付利葉變換等數(shù)字 濾波技術(shù))去除干擾信號，因此不但可以對蓄電池組進行離線測量，還可以對正在工作的 蓄電池組進行在線監(jiān)測。 此外，上述基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置還可設(shè)置第三模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (A/D3)、第四模數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D4)檢測通道，用來檢測例如蓄電池直流電壓和溫度等。 上述基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置在工作時，首先通過處理單元調(diào)節(jié) 放電電流波形和頻率。例如在給定頻率fl下，經(jīng)蓄電池檢測裝置進行檢測，得出蓄電池的 相應(yīng)頻率下的復(fù)阻抗Z1 ;然后通過處理單元改變放電電流頻率，在另一頻率f2下，得出蓄 電池在此頻率下的復(fù)阻抗Z2 ;如此反復(fù)數(shù)次，得到蓄電池在多個頻率fl、f2、f3……下的復(fù) 阻抗下的復(fù)阻抗Z1、 Z2、 Z3……，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)結(jié)合所圖3所示的的蓄電池虛擬電路，由 處理單元計算出蓄電池的內(nèi)阻、電容等電路參數(shù)；最后根據(jù)這些參數(shù)，由處理單元計算蓄電 池的容量及荷電量。 在上述的裝置中，處理單元還可連接通信接口 ，從而使蓄電池檢測裝置具有網(wǎng)絡(luò) 功能，可以組建蓄電池監(jiān)測網(wǎng)。此外，處理單元還可連接輸入裝置(例如鍵盤等)、輸出裝置 (例如顯示屏等)以及存貯裝置等。 本實用新型的基于多頻點交流放電法的檢測蓄電池裝置，利用多頻點交流放電法 檢測蓄電池，與傳統(tǒng)的蓄電池檢測方案相比，具有明顯的優(yōu)點 1、物理意義明確，區(qū)分蓄電池容量和蓄電池荷電量。 蓄電池容量表示蓄電池充放電的能力；蓄電池荷電量表示蓄電池實際保存的電 傳統(tǒng)的蓄電池內(nèi)阻檢測方法測得的是蓄電池阻抗之和，蓄電池容量變小、蓄電池 放電使荷電量降低、接觸不良等許多因素都造成蓄電池內(nèi)阻變大，因而無法區(qū)分蓄電池容 量和蓄電池荷電量。 多頻點交流放電法蓄電池檢測技術(shù)可以檢測蓄電池容量及荷電量的大小，物理意 義明確。 2、測量數(shù)據(jù)的客觀性 傳統(tǒng)的蓄電池檢測方法只能在一個頻率下測量蓄電池的阻抗，測量方法有直流法 和交流法，各家使用的測量頻率不同，測量結(jié)果依賴于測量信號的頻率，無法相互比較。 多頻點交流放電法蓄電池檢測技術(shù)得到的蓄電池數(shù)據(jù)是實際的電阻、電容、電感 等參數(shù)，不依賴于信號頻率而獨立存在，數(shù)據(jù)具有客觀性，可相互比較。 3、反映蓄電池電量準確 傳統(tǒng)的蓄電池檢測方法檢測蓄電池的阻抗。蓄電池的阻抗和蓄電池的容量或蓄電
池荷電量沒有必然的關(guān)系。特別是蓄電池容量大于80%時，蓄電池容量或荷電量變化時阻
抗幾乎沒有變化，阻抗和容量、荷電量不相關(guān)。在蓄電池容量小于80%時，蓄電池阻抗和容
量相關(guān)系數(shù)才逐漸增加，然而此時蓄電池已進入嚴重劣化期，很快就會失效。因此傳統(tǒng)蓄電
池檢測方法，無法做到提前預(yù)警，無法真正評判蓄電池容量，實際意義有限。 多頻點交流放電法蓄電池檢測技術(shù)反映的是蓄電池的實際容量及荷電量。在蓄電池電量在0 100%范圍內(nèi)變化時，多頻點交流放電法蓄電池檢測方法檢測到的蓄電池參
數(shù)近似線性地單調(diào)變化。因此可以準確測定蓄的電量。 4、測試準確，抗干擾性強，可以應(yīng)用于交流紋波干擾大的在蓄電池線監(jiān)測。 蓄電池在線運行時一般處于浮充狀態(tài)，充電機紋波對測量信號干擾很大，一些大
型UPS設(shè)備交流紋波可以達到幾十安培，遠大于測量信號的幅值。傳統(tǒng)的檢測方法，在離線
測量時，檢測結(jié)果準確性較高，而在線測量時，由于受充電設(shè)備交流紋波干擾，造成測試數(shù)
據(jù)波動較大。 多頻點交流放電法蓄電池檢測技術(shù)采用可編程帶通濾波器去除干擾信號，經(jīng)A/D 變?yōu)閿?shù)字信號后，由處理單元對檢測信號進行傅里葉變換，對測量信號頻率以外的干擾信 號可以徹底去除，因此本專利技術(shù)抗干擾性強，可以應(yīng)用于蓄電池在線監(jiān)測等電磁環(huán)境惡 劣的場所。 5、蓄電池測試過程安全，不會對蓄電池以及供電系統(tǒng)的正常運行產(chǎn)生影響。 傳統(tǒng)的蓄電池檢測方法，如直流放電法，為提高測量精度而采用遠大于蓄電池工 作電流的放電電流對蓄電池進行檢測，對蓄電池危害很大，并可能造成繼電保護系統(tǒng)誤動 作，直接危及供電系統(tǒng)的安全。 多頻點交流放電法蓄電池檢測技術(shù)由于技術(shù)本身抗干擾性很強，因而采用較小的 測量電流就可以獲得很高的測量精度，不會對蓄電池和供電系統(tǒng)產(chǎn)生任何影響。因而測試 過程極為安全。 所述基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，可以應(yīng)用于電 力、通信、政府機關(guān)、金融、證券、保險、廣播電視、交通運輸、制造、軍隊、教育、科研、公共設(shè) 施等行業(yè)領(lǐng)域蓄電池的檢測、監(jiān)測及評估。特別強調(diào)的是隨著整個社會節(jié)能環(huán)保意識的提 高，電動汽車、電動自行車會越來越多地走進人們的生活。多頻點交流放電法蓄電池檢測技 術(shù)和設(shè)備起到了 "油量表"的作用，可以明確顯示出車輛還可以行駛多少里程，因此多頻點 交流放電法蓄電池檢測技術(shù)具有巨大的節(jié)能環(huán)保意義。 上述實施例只為說明本實用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù) 的人士能夠了解本實用新型的內(nèi)容并加以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍， 凡根據(jù)本實用新型精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求一種基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置，其特征在于，包括放電檢測回路、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、大功率MOS管、處理單元、第一運算放大器、第二運算放大器、第一帶通濾波器、第二帶通濾波器、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中放電檢測回路的兩端分別連接在蓄電池的正極和負極，大功率MOS管通過其源極和漏極串聯(lián)在所述放電檢測回路上，所述處理單元經(jīng)由數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接到大功率MOS管的柵極，在放電檢測回路中還串接有分流器，所述第一運算放大器的輸入端連接到分流器的兩端、輸出端經(jīng)由第一帶通濾波器及第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接到處理單元；第二運算放大器輸入端連接到蓄電池的正極和負極、輸出端經(jīng)由第二帶通濾波器及第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接到處理單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置，其特征在于，還包括第一耦合電容，所述第一運算放大器的輸入端經(jīng)由第一耦合電容連接到分流器的兩丄山順。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置，其特征在于，還包括第二耦合電容，所述第二運算放大器的輸入端經(jīng)由第二耦合電容連接到蓄電池的正極和負極。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置，其特征在于，所述蓄電池為蓄電池組，還包括多路開關(guān)，所述多路開關(guān)的輸入端連接到蓄電池組中每一節(jié)蓄電池的正極和負極、輸出端連接到第二運算放大器的輸入端，處理單元的控制信號輸出端連接到所述多路開關(guān)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置，其特征在于，所述帶通濾波器為可編程帶通濾波器，所述處理單元的控制信號輸出端連接到所述可編程帶通濾波器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置，其特征在于，還包括用于檢測蓄電池直流電壓的第三模數(shù)轉(zhuǎn)換器檢測通道。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置，其特征在于，還包括用于檢測蓄電池溫度的第四模數(shù)轉(zhuǎn)換器檢測通道。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置，其特征在于，還包括連接到所述處理單元的通信接口 。
專利摘要本實用新型涉及一種基于多頻點交流放電法的蓄電池檢測裝置，包括放電檢測回路、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、大功率MOS管、處理單元、第一運算放大器、第二運算放大器、第一帶通濾波器、第二帶通濾波器、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中放電檢測回路的兩端分別連接在蓄電池的正極和負極，大功率MOS管通過其源極和漏極串聯(lián)在所述放電檢測回路上。本實用新型采用多頻點交流放電法對每節(jié)蓄電池進行檢測，測得的每節(jié)蓄電池的數(shù)據(jù)是實際的電阻、電容、電感等參數(shù)，不依賴于檢測信號頻率而獨立存在，數(shù)據(jù)具有客觀性。
文檔編號G01R31/36GK201548665SQ20092020573
公開日2010年8月11日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月30日
發(fā)明者王汝鋼 申請人:深圳市普祿科智能檢測設(shè)備有限公司